傳遞過程原理復(fù)習(xí)題最后

1、傳遞工程基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題第一單元 傳遞過程概論本單元主要講述動量、熱量與質(zhì)量傳遞的類似性以及傳遞過程課程的內(nèi)容及研究方法。掌握化工過程中的動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的類似性，了解三種傳遞過程在化工中的應(yīng)用，掌握牛頓粘性定律、付立葉定律和費(fèi)克定律描述及其物理意義，理解其相關(guān)性。熟悉本課程的研究方法。第二單元 動量傳遞本單元主要講述連續(xù)性方程、運(yùn)動方程。掌握動量傳遞的基本概念、基本方式；理解兩種方程的推導(dǎo)過程，掌握不同條件下方程的分析和簡化；熟悉平壁間的穩(wěn)態(tài)層流、圓管內(nèi)與套管環(huán)隙中的穩(wěn)態(tài)層流流動情況下連續(xù)性方程和奈維斯托克斯方程的簡化，掌握流函數(shù)和勢函數(shù)的定義及表達(dá)式；掌握邊界層的基本概念；沿板、沿管

2、流動邊界層的發(fā)展趨勢和規(guī)律；邊界層微分和積分動量方程的建立。第三單元 熱量傳遞本單元主要講述熱量傳遞基本方式、微分能量方程。了解熱量傳遞的一般過程和特點(diǎn)，進(jìn)一步熟悉能量方程；掌握穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)兩類問題的處理；對一維導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)分析方法求解；多維導(dǎo)熱問題數(shù)值解法或其他處理方法；三類邊界問題的識別轉(zhuǎn)換；各類傳熱情況的正確判別；各情況下溫度隨時間、地點(diǎn)的分布規(guī)律及傳熱通量。結(jié)合實(shí)際情況，探討一些導(dǎo)熱理論在工程實(shí)踐中的應(yīng)用領(lǐng)域。第四單元 傳量傳遞本單元主要介紹傳質(zhì)的基本方式、傳質(zhì)方程、對流傳質(zhì)系數(shù)；穩(wěn)定濃度邊界層的層流近似解；三傳類比；相際傳質(zhì)模型。掌握傳質(zhì)過程的分子擴(kuò)散和對流傳質(zhì)的機(jī)理；固體中

3、的分子擴(kuò)散；對流相際傳質(zhì)模型；熟悉分子擴(kuò)散微分方程和對流傳質(zhì)方程；傳質(zhì)邊界層概念；沿板、沿管的濃度分布，傳質(zhì)系數(shù)的求取，各種傳質(zhì)通量的表達(dá)。第一部分 傳遞過程概論一、填空題：1. 傳遞現(xiàn)象學(xué)科包括 動量 、 質(zhì)量 和 熱量 三個相互密切關(guān)聯(lián)的主題。2. 化學(xué)工程學(xué)科研究兩個基本問題。一是過程的平衡、限度；二是過程的速率以及實(shí)現(xiàn)工程所需要的設(shè)備。3. 非牛頓流體包括假塑性流體，脹塑性流體，賓漢塑性流體 （至少給出三種流體）。4分子擴(kuò)散系數(shù)（ ， ，DAB）是物質(zhì)的物理性質(zhì)常數(shù)，它們僅與_溫度_ ， _壓力_和_組成_等因素有關(guān)。5.渦流擴(kuò)散系數(shù)（E）則與流體的_性質(zhì)_無關(guān)、而與_湍動程度_，流體

4、在管道中的_所處位置_和_邊壁糙度_等因素有關(guān)。6.依據(jù)流體有無粘性，可以將流體分為_粘性_流體和理想_流體。7.用于描述渦流擴(kuò)散過程傳遞通量計(jì)算的三個公式分別為：_ _、_ 和_ _。8.動量、熱量及質(zhì)量傳遞的兩種基本方式是 對流 和 擴(kuò)散 ，其中，前者是指由于 流體宏觀流動 導(dǎo)致的傳遞量的遷移，后者指由于傳遞量 濃度梯度 所致傳遞量的遷移。9.分子傳遞的基本定律包括 牛頓粘性定律 ， 傅立葉定律 和 費(fèi)克定律 ，其數(shù)學(xué)定義式分別為 ， 和 。10. 依據(jù)守恒原理運(yùn)用微分衡算方法所導(dǎo)出的變化方程包括連續(xù)性方程、能量方程、運(yùn)動方程和對流擴(kuò)散方程。11.描述分子傳遞的現(xiàn)象方程及牛頓粘性定律 、傅

5、立葉定律和費(fèi)克定律稱為本構(gòu)方程。12. 依據(jù)質(zhì)量守恒、能量守恒和動量守恒原理，對設(shè)備尺度范圍進(jìn)行的衡算稱為總衡算或宏觀衡算；對流體微團(tuán)尺度范圍進(jìn)行的衡算稱為微分衡算或微觀衡算。13.通過微分衡算，導(dǎo)出微分衡算方程，然后在特定的邊界和初始條件下通過梳理解析方法，將微分方程求解，才能得到描述流體流動系統(tǒng)中每一點(diǎn)的有關(guān)物理量隨空間位置和時間的變化規(guī)律。14. 傳遞現(xiàn)象所遵循的基本原理為一個過程傳遞的通量與描述該過程的強(qiáng)度性質(zhì)物理量的梯度成正比，傳遞的方向?yàn)樵撐锢砹肯陆档姆较颉?5.傳遞現(xiàn)象的基本研究方法主要有三種，即理論分析方法、實(shí)驗(yàn)研究方法和數(shù)值計(jì)算方法。二、基本概念1. 流體質(zhì)點(diǎn)2. 連續(xù)介質(zhì)3

6、. 穩(wěn)態(tài)流動、非穩(wěn)態(tài)流動三、名詞解釋1.壓力、黏度、通量2 不可壓縮流體，可壓縮流體，粘性流體，理想流體，非牛頓流體，非牛頓流體的幾種類型？3 動量濃度，熱量濃度，質(zhì)量濃度，穩(wěn)態(tài)流動，非穩(wěn)態(tài)流動4 熱量擴(kuò)散系數(shù)，動量擴(kuò)散系數(shù)，質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)。分別列出其表達(dá)式和單位四、思考題1.如何理解數(shù)學(xué)模型在工程實(shí)踐中的作用？2.傳遞過程中，恒算有幾種形式3.動量傳遞，熱量傳遞和質(zhì)量傳遞有哪些類似性？第二部分 動量傳遞一、填空題1. 奈維-斯托克斯方程實(shí)質(zhì)上是力的衡算式，每一項(xiàng)代表著作用在流體質(zhì)點(diǎn)上的力：慣性力、質(zhì)量力、壓力梯度和黏性力。四種力中，對流體流動起決定作用的是慣性力和黏性力，而壓力是在兩者之間起平

7、衡作用。2微分恒算得兩種觀點(diǎn)分別是_和 _，奈維-斯托克斯方程得推導(dǎo)采用 觀點(diǎn)。3. 粘性流體沿平板壁面流動時形成速度邊界層，其時，在主流方向上，邊界層厚度逐步增厚，依次可形成 層流 ， 過渡流 以及 湍流 三種邊界層。并且，在 湍流 邊界層中，在垂直主流的橫向上又可區(qū)分為 層流底層 ， 過渡層 以及 湍流層 三種邊界層；相應(yīng)地，各層中的傳遞機(jī)制分別為 分子傳遞 ， 分子傳遞和渦流傳遞 以及 分子傳遞和渦流傳遞 。4. 物理量的時間導(dǎo)數(shù)有三種，分別是偏導(dǎo)數(shù)、全導(dǎo)數(shù)和隨體導(dǎo)數(shù)。5.流體流動時的微分質(zhì)量衡算方程，亦稱連續(xù)性方程，其表達(dá)式為或。6.哈密爾頓算子（算子 （Hamilton Operat

8、ors) 在直角坐標(biāo)下的展開式為：7. 隨體導(dǎo)數(shù)（substantial derivative）亦稱拉格朗日導(dǎo)數(shù)（Lagrangian derivative）其定義式為定義式：。在直角坐標(biāo)下的展開式為：。所表示的物理意義是流場中流體質(zhì)點(diǎn)上的物理量（如溫度）隨時間和空間的變化率。8.流體靜止時，法向應(yīng)力即為流體的靜壓力；當(dāng)流體流動時，法向應(yīng)力由兩部分組成：其一是流體的壓力，它使流體微元承受壓縮，發(fā)生體積形變；其二由流體的黏性作用引起，它使流體微元在法線方向上承受拉伸或壓縮，發(fā)生線性形變。9.湍流強(qiáng)度是表征湍流特性的一個重要參數(shù)。10. 量綱也稱因此。量綱分析法是通過對描述某一過程或現(xiàn)象的物理量進(jìn)

9、行量綱分析，將物理量組合為無量綱變量，然后借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立這些無量綱變量間的關(guān)系式。11.弗魯?shù)聰?shù)（Froude number）以Fr表示為：，其物理意義為慣性力與重力之比；歐拉數(shù)（Euler number）以Eu表示為：，其物理意義為壓力與慣性力之比。12. 剪切應(yīng)力和壓差的存在導(dǎo)致了流動阻力的產(chǎn)生，分別稱為摩擦阻力Fds和壓力阻力(形體阻力) Fdf。13. 作用在流體上的外力按其作用力的性質(zhì)分為體積力與表面力兩類。體積力亦稱質(zhì)量力，它本質(zhì)上是一種非接觸力；表面力亦稱機(jī)械力，為流體微元與其周圍環(huán)境流體在界面上產(chǎn)生的相互作用力，本質(zhì)上是一種接觸力。二、基本概念1. 隨體導(dǎo)數(shù)，剪應(yīng)力，曳力，范

10、寧摩擦因數(shù)f，速度勢函數(shù)，平面流三、名詞解釋爬流，勢流，理想流體、旋度，湍流強(qiáng)度，弗魯?shù)聰?shù)，歐拉數(shù)四、簡答題1 何謂拉格郎日觀點(diǎn)，何謂歐拉觀點(diǎn)2 連續(xù)性方程所謂物理意義3 對穩(wěn)態(tài)流動，連續(xù)性方程如何簡化，對于不可壓縮流體。連續(xù)性方程又如何簡化。4 推導(dǎo)奈維-斯托克斯方程的物理定律？5流體在圓管中流動時，“流動已經(jīng)充分發(fā)展”的含義是什么？在什么條件下會發(fā)生充分發(fā)展的層流，又在什么條件下會發(fā)生充分發(fā)展的湍流？6湍流與層流有何不同？湍流的主要特點(diǎn)是什么？如何表征？試討論由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯倪^程。7 分別說明瞬時量，時均量和脈動量的意義，比較三者之間的關(guān)系8 無論層流還是湍流流動，管壁粗糙度對速度分布和

11、摩擦阻力都有影響嗎？9 試比較管內(nèi)層流流動和湍流流動時，速度分布、平均速度和最大速度的關(guān)系？10 何為爬流，何為勢流，如何判斷？11. 當(dāng)流體繞過物體運(yùn)動時，在什么情況下會出現(xiàn)“逆向壓力梯度” ？是否在存在逆向壓力梯度的條件下一定會發(fā)生邊界層分離？為什么？ 12.試列表寫出在圓管內(nèi)進(jìn)行動量傳遞、熱量傳遞與質(zhì)量傳遞時三者相類似的傳遞速率方程（以通量表示）、通量、傳遞系數(shù)和推動力，并標(biāo)明各通量、傳遞系數(shù)和推動力的單位。五、計(jì)算題1.有3中流場的速度向量表達(dá)式，（1）；（2）；（3）。試判斷哪種流場為不可壓縮流體的流動。2. 判斷以下流動是否可能是不可壓縮流動(1) (2) 3 流體在兩塊無限大平板

12、間做一維穩(wěn)態(tài)層流，試求截面上等于主體速度 ub 的點(diǎn)距壁面的距離。又如流體在圓管內(nèi)做一維穩(wěn)態(tài)層流時，該點(diǎn)與管壁的距離為若干？（教材P71）4.試寫出質(zhì)量濃度對時間的全導(dǎo)數(shù)和隨體導(dǎo)數(shù)，并由此說明全導(dǎo)數(shù)和隨體導(dǎo)數(shù)的物理意義。第三部分 熱量傳遞一、填空題1. 溫度邊界層的定義為 流動流體中存在溫度分布的區(qū)域 ，其厚度界定為 。2.不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程中的傳熱速率取決于介質(zhì)內(nèi)部熱阻和表面熱阻3. 對于忽略內(nèi)部熱阻的導(dǎo)熱過程，準(zhǔn)數(shù)溫度分布與時間呈 的函數(shù)關(guān)系。4. 方程 為傅里葉第二導(dǎo)熱定律。 5.流動流體中存在溫度梯度的區(qū)域稱為溫度邊界層。6. 對流傳熱是由流體內(nèi)部各部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生宏觀運(yùn)動而引起的熱量傳遞過程

13、，因而對流傳熱只能發(fā)生在有流體流動的場合。二、基本概念 導(dǎo)熱，對流，輻射，能量方程集總熱容法三、簡答題1 畢奧數(shù)、付立葉數(shù)、努塞爾數(shù)、普蘭德數(shù)的定義式及其物理意義。物理意義：物體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻與表面對流熱阻之比2. 熱傳導(dǎo)過程中能量傳遞機(jī)理？3. 說明導(dǎo)熱微分方程中各項(xiàng)的物理意義： 4. 對流傳熱系數(shù)的定義5. 熱量傳遞的幾種形式及其傳熱機(jī)理6.溫度邊界層的概念。7.努賽爾準(zhǔn)數(shù)(Nu)定義、物理意義及與Bi數(shù)的區(qū)別。8.說明導(dǎo)熱微分方程中各項(xiàng)的物理意義：9. 付立葉數(shù)的物理意義10.努塞爾數(shù)的物理意義？11.普蘭德數(shù)的物理意義？12.列出局部對流傳熱系數(shù)與平均對流傳熱系數(shù)之間的關(guān)系13.試述層

14、流邊界層和湍流邊界層流體與固體壁面之間的傳熱機(jī)理（不計(jì)自然對流的影響），并分析兩種邊界層流體與壁面之間傳熱機(jī)理的異同點(diǎn)。14.闡述普朗特準(zhǔn)數(shù)、施米特準(zhǔn)數(shù)和劉易斯準(zhǔn)數(shù)的物理意義。15. 試應(yīng)用有關(guān)的微分方程說明“精確解”方法求解平板層流邊界層中穩(wěn)態(tài)二維流動和二維傳質(zhì)時傳質(zhì)系數(shù)的步驟，并與求解對流傳熱系數(shù)的步驟進(jìn)行對比，指出各方程和邊界條件的相似之處和相異之處。16是說明Bi的物理意義。Bi0和Bi各代表什么樣的傳熱條件？17.影響對流傳熱的因素有哪些？四、計(jì)算題1. 有一長度為 0.2m、直徑為 0.05 m 的不銹鋼錠，其熱擴(kuò)散系數(shù)=0.0156m2/h，熱導(dǎo)率k =20W/(m·K

15、)，初始溫度為363 K?，F(xiàn)將鋼錠放入溫度為1473 K的爐中加熱，鋼錠表面與周圍環(huán)境的聯(lián)合傳熱系數(shù)（包括對流和輻射）為100 W/(m·K)。試求使鋼錠升溫至1073 K所需的時間。（教材P162）2. 有一半徑為25 mm的鋼球，其熱導(dǎo)率為433 W/(m·K) ，密度為7849 kg/m ，比熱容為0.4609 kJ/(kg·K)，鋼球的初始溫度均勻，為700 K。現(xiàn)將此鋼球置于溫度為400 K的環(huán)境中，鋼球表面與環(huán)境之間的對流傳熱系數(shù)為 11.36 2W/(m·K)。試求 1 h 后鋼球所達(dá)到的溫度。（教材P162）3. 食物除了提供人體所需的營

16、養(yǎng)物質(zhì)外，主要是產(chǎn)生能量以維持必要的體溫和對環(huán)境做功?？紤]一個每天消耗2100 kcal的人，其中2000 kcal轉(zhuǎn)化為熱能，100 kcal用于對環(huán)境做功 。（1）人處于20 的環(huán)境，人的皮膚與環(huán)境的對流傳熱系數(shù)為3 W/(m2·K)，在此溫度下人基本上不出汗。計(jì)算人的皮膚的平均溫度。（2）如果環(huán)境溫度為33 ，皮膚感覺舒適的溫度也為33 ，試問為維持該溫度，出汗的速率為多少？已知人的表面積為1.8 m2，皮膚的黑度=0.95，斯蒂芬-玻耳茲曼常數(shù) 0= 5.67 ×10-8W/(m·K) ，水的物性為 =994kg /m3，蒸發(fā)潛熱=2421 kJ/kg。（

17、教材P132）第四部分 質(zhì)量傳遞一、填空題1. 液體或氣體在多孔固體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散與固體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有著非常密切的關(guān)系，其擴(kuò)散機(jī)理視 、 和 而異。2.三種最常用的相間傳質(zhì)模型分別為：_ _，_ 和 。3.對于伴有化學(xué)反應(yīng)的分子擴(kuò)散過程，既有分子擴(kuò)散又有化學(xué)反應(yīng)，如果滿足_ _，則過程為化學(xué)反應(yīng)控制，如果滿足 ，過程為擴(kuò)散控制。4.分子傳質(zhì)中，擴(kuò)散速度指 組分相對混合物的運(yùn)動速度 ，組分的通量包括 擴(kuò)散 以及 主體流動 兩部分貢獻(xiàn)。A經(jīng)停滯組分B擴(kuò)散時A組分的總通量定義式為 ；A、B混合物等分子反方向擴(kuò)散時A組分的總通量定義式為 。5. 已知溫度294K、壓強(qiáng)1.519´105Pa下，O2（A）和CO2（B）混合物中存在分子擴(kuò)散，A組分摩爾分?jǐn)?shù)，則混合物摩爾平均速度為 0.044 m/s，A組分?jǐn)U散速度為 0.036 m/s，A組分的總摩爾通量為 2.0 mol/m2/s，A組分的擴(kuò)散摩爾通量為 0.89 mol/m2/s。6. 飄流因數(shù) 反映了主體流動對傳質(zhì)速率的影響二、基本概念1. 分子傳質(zhì)，對流傳質(zhì)，主體流動，舍伍德數(shù)三、簡答題1 分析化學(xué)反應(yīng)對分子擴(kuò)散過程的影響，在何條件下為反映控制，在何條件下為擴(kuò)散控制2 組分A 通過滯留B擴(kuò)散，在什么條件下可以忽略整體流動的影響？3.寫出下列情況下